UNIVERSIDAD LIBRE FACULTAD DE INGENIERÍA DEPARTAMENTO DE CIENCIAS BÁSICAS

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1 NOMBRE DE LA ASIGNATURA FÍSICA TÉRMICA CÓDIGO ASIGNATURA LABORATORIO No 5 TÍTULO DE LA PRÁCTICA DURACIÓN BIBLIOGRAFÍA SUGERIDA CALORIMETRÍA 2 HORAS. - Sars y Z., Física Univrsitaria, Tomo I, Editorial Parson, décima trcra dición.. -Gutiérrz Aranzta Carlos, Introducción a la mtodología xprimntal, Edit. Limusa 1. OBJETIVOS Dtrminar l calor spcífico d un calorímtro, tomando como rfrncia l calor spcífico d una sustancia conocida (agua) 1.2. Dtrminar l calor spcífico d algunos mtals por transfrncia d calor con una sustancia conocida (agua) n un calorímtro d calor spcífico conocido. 2. MATERIAL A UTILIZAR. - Un vaso calorimétrico d aluminio (o icopor) - Dos trmómtros. - Un quipo d calntaminto. - Un vaso d prcipitados. - Una probta. - Una balanza. - Masas d difrnts mtals. 3. MARCO TEÓRICO. Si dos curpos d difrnts tmpraturas s ponn n contacto, l calor s transmit dl d mayor al d mnor tmpratura y por lo tanto la cantidad d calor prdida por l sgundo s igual a la ganada por l primro.

2 Una misma cantidad d calor no produc n una masa igual d distintas sustancias la misma lvación d tmpratura; sto s db a qu difrnts sustancias tinn difrnts capacidads caloríficas. La capacidad calorífica d un curpo s la cantidad d calor qu dicho curpo absorb cuando su tmpratura xprimnta un aumnto d un grado. Así, si un curpo pasa d la tmpratura t1 a la tmpratura t2, absorbindo para llo una cantidad d calor igual a calorías (o julios), s tin: C p ( cpacidad calorífica ) t 2 t1 t (1) El calor spcífico d una sustancia s dfin como la cantidad ncsaria d calor para lvar n 1ºC la tmpratura d un curpo cuya masa sa un gramo (o kilogramo), o sa, s la capacidad calorífica d un gramo d dicha sustancia. Por tanto, si un curpo homogéno tin una masa m, l calor spcífico srá: c p ( calor spcífico ) mt (2) La cuación antrior dfin ralmnt l calor spcífico mdio, corrspondint al intrvalo d tmpratura t. El calor spcífico vrdadro s dtrmina considrando una cantidad d calor, ncsaria para producir un aumnto d tmpratura infinitsimal dt, s dcir: c p ; m dt 1 t 2 m c p dt; m t 1 c p dt (3) Cp s función d la tmpratura y s ncsario conocr sta función para hacr la intgración. A tmpraturas ordinarias y n intrvalos no dmasiado grands, los calors spcíficos pudn considrars constants. Cuando s tinn dos o más sustancias difrnts n contacto y a difrnts tmpraturas, n dtrminado momnto s alcanzará un quilibrio térmico, s dcir, l sistma compusto por las difrnts sustancias, adquirirán una tmpratura única llamada tmpratura d quilibrio térmico y por lo tanto (n st momnto) no habrá transfrncia d calor ntr las sustancias. Bajo sta considración y suponindo calors spcíficos constants n l intrvalo d tmpratura dl sistma y qu no hay pérdidas d calor fura dl sistma, s pudn plantar las siguints cuacions para las sustancias a, b, d,, tc.:

3 a b d... n 0 (4) m c a pa ( t t ) m a b c pb ( t t ) m b d c pd ( t t )... m d n c pn ( t t ) 0 n (5) dond los subindics a, b, d, n; " " hacn rfrncia a condicions d quilibrio; d las tmpraturas son las tmpraturas inicials Los subindics ( ants dl contacto) Complmnt y profundic l marco tórico (rfrnciando bibliográficamnt su contnido). Como guía s pudn orintar contstando las prguntas ítms qu a continuación s sugirn: 1.- ué s Calor? ué s tmpratura? Difrncias. Enunci y xpliqu la ly cro d la trmodinámica. Cuáls unidads d mdida d tmpratura xistn, mustr la forma d convrtir unas n otras. Enunci y dibuj al mnos trs tipos d trmómtros. 2.- ué s calor spcífico? ué difrncia hay con capacidad calorífica? Indiqu las unidads más utilizadas d calor spcífico y capacidad calorífica. Mustr como s ralizarían las convrsions a difrnts tipos d unidads. 3.- ué s un calorímtro? Constituynts fundamntals? Utilidad? ué s un vaso Dwar? 4.- A qué tmpratura bull l agua aquí n Bogotá? Por qué s difrnt a las rportadas n los txtos convncionals d la litratura? 5.- Indagu los valors d los calors spcíficos dl hirro, l cobr y l aluminio rportados por la litratura. Complt la siguint tabla: Sustancia Cp (J/Kg. ºC) Cp (Cal/g ºC) Agua (líquida) Hirro Aluminio

4 Cobr Bronc Acro Plomo Vidrio Zinc Oro Plata 6.- Bajo qué condicions d stado s pud utilizar la cuación c p ( calor spcífico ) (2), mt para calcular l calor spcifico d una sustancia. Para una misma sustancia hay difrnts calors spcíficos? Expliqu. 4. PROCEDIMIENTO.

5 Dtrminación d calor spcífico dl calorímtro. 1. Ps l vaso calorimétrico (con todos sus aditamntos; agitador, soports, tapa, tc.). Es convnint psar l vaso intrno solo, adicionando los psos d las difrnts parts 2. mida 100 c.c. d agua fría ( tomada dirctamnt dl grifo y psla), viértalo dntro dl vaso intrno dl calorímtro, ps y dtrmin la masa d agua por difrncia d psos (prmita qu la tmpratura dl agua y l calorímtro san las mismas), mida y rgistr su tmpratura. 3. Ponga a calntar agua. Cuando su tmpratura s ncuntr ntr 45ºC - 55ºC (prfriblmnt hasta bullición) mida 100 c.c., rgistrando la tmpratura a la qu s ncuntra; agrégula inmdiatamnt a la qu s ncuntra n l calorímtro, tap l calorímtro (también pud psar y dtrminar la cantidad n masa d agua por difrncias) y vrifiqu la tmpratura n priodos cortos, hasta qu s torn constant. Rgistr dicha tmpratura. Virta l agua contnida n l calorímtro y agrgu pquñas cantidads d agua fría al calorímtro para stabilizar las condicions inicials d los siguints pasos. Rpita l procdiminto antrior trs vcs para calcular l calor spcifico promdio dl calorímtro.

6 Dtrminación d calors spcíficos d mtals. 1. Mida 200 c.c. d agua fría y viértalo n l vaso intrno dl calorímtro, ps y dtrmin la masa d agua por difrncia d psos, dj stabilizar l calorímtro con l agua fría (tmpraturas inicials iguals); mida y rgistr la tmpratura (las lcturas d los trmómtros dbn hacrs con aproximación d décimas d grado). 2. Ps los mtals asignados por l docnt y rgistr su cantidad. En l agua qu colocó a calntar n la dtrminación antrior agrgu uno d los mtals asignados por l docnt (s convnint qu l mtal s agrgu dsd qu s cominza l calntaminto, si no s pud, dj suficint timpo d calntaminto). Cuando la tmpratura sa constant, s dcir, cuando l agua st n bullición, tom con l trmómtro d 100ºC sta tmpratura, qu srá la tmpratura inicial dl trozo d mtal, rgistr su valor. 3. Anotadas las tmpraturas, introduzca rápidamnt l trozo d mtal n l vaso calorimétrico, táplo, agítlo y tom con l trmómtro d mnor graduación la nuva tmpratura dl agua, l vaso calorimétrico y l mtal, hasta qu la tmpratura s stabilic (tmpratura d quilibrio), rgistr la tmpratura final. 4. Dsocup l vaso calorimétrico, purgu l calorímtro con agua fría y ralic l mismo procdiminto antrior con l sgundo trozo d mtal. 5. Efctú todas las opracions para los dos trozos d mtal trs vcs, para promdiar lcturas. (Rdactar los pasos a sguir para qu s dé cumpliminto a los objtivos plantados, utilizando l diagrama d flujo qu stá prparado para la práctica). 5. ORIENTACIONES PARA EL DESARROLLO DE LA PRÁCTICA. Elabor una tabla qu l prmita ordnar y rgistrar los datos tomados, tnindo n cunta las unidads a utilizar, como masas d cada matrial instrumntos y tmpraturas d las difrnts prubas o nsayos. Plant las cuacions d balanc térmico (cuacions (4) y (5) dl marco tórico) para las dos situacions plantadas, dspj y calcul los calors spcíficos (dl calorímtro y d los mtals), consígnlos n una tabla. 6. CÁLCULO DE ERROR.

7 Dtrminar los difrnts rrors sugridos n la toría rrors absolutos, rlativos y porcntuals- comparando los valors obtnidos d los calors spcíficos promdios d cada uno d los mtals trabajados n la práctica con los rportados por la litratura. 7. ANÁLISIS DE RESULTADOS Y COMPARACIÓN. (Los studiants dbn runir los rsultados, analizar los cálculos, los rrors obtnidos, hacindo la rspctiva justificación). 8. CONCLUSIONES. Las conclusions dbn rspondr a los objtivos plantados n la guía xplicando y justificando los rsultados obtnidos. 9. CRITERIOS DE EVALUACIÓN Al ingrsar al laboratorio, dspués d habr lído la guía corrspondint, cada uno d los studiants db tnr consignado n la bitácora, l marco tórico (profundizando l sugrido n la guía), l procdiminto prsntado n un diagrama d flujo dando rspusta a las orintacions plantadas n la guía, como pr inform Durant la práctica, s tomarán los datos ordnadamnt, s ntrgará al profsor una copia, para confrontarlos con los qu s consignan n l rport cintífico El grupo ntrgará, n un formato d rport cintífico, máximo por trs (3) studiants, n la hora d toría siguint qu asign l profsor, tnindo n cunta cada uno d los aparts qu tnga l formato dl rport cintífico La nota d cada laboratorio srá d acurdo a los siguints critrios: Critrio Pr inform Rport cintífico y Trabajo n laboratorio Total Porcntaj (%)